JP3256353B2 - 可変速給水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可変速給水装置に係り、
特に負荷が少水量の時に給水ポンプを停止する少水量停
止機能を有する可変速給水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】可変速給水装置は、給水を行なう給水ポ
ンプの回転数を、インバータ等の可変速手段により負荷
に応じて変化させて、流量及び吐出圧力を調整すること
のできる給水装置である。図１１は従来の可変速給水装
置の全体構成を示す説明図である。この可変速給水装置
は、吸い込み口１１より水を吸い込み、給水ポンプ１で
加圧して負荷２０に給水する。流路１０の給水ポンプ１
の吐出側には、水流の流量が一定値以下の少水量である
ことを検出する少水量検出手段３と、逆止弁４と、圧力
タンク５と、ポンプの吐出側圧力（圧力タンクの水圧）
を検出する圧力検出手段６とが設けられている。ポンプ
１は回転数を変化する可変速手段２である周波数／電圧
インバータによって駆動され、可変速手段２はポンプ制
御手段７により制御される。

【０００３】このポンプ制御手段７は、少水量検出手段
３が流路１０の流量がある一定値以下であることを検出
し、少水量検知信号を発生して、一定の少水量検知時間
保持して少水量状態が継続することを確認してから、圧
力タンク５に一定時間ある加圧圧力値または加圧周波数
値で蓄圧した後、給水ポンプ１を停止する少水量停止機
能を有する。また、ポンプ始動圧力設定値を有し、給水
ポンプの停止中に圧力検出手段６の圧力信号がポンプ始
動圧力設定値以下になった時には、給水ポンプ１を始動
する機能を有する。

【０００４】従って、この可変速給水装置の動作は次の
とおりである。まず負荷２０が中水量あるいは大水量を
必要とする時は、ポンプ制御手段７は圧力検出手段６の
圧力信号Ｓ₁ から、給水ポンプ１を回転させ負荷の圧力
が一定になるように、可変速手段２を制御する。負荷が
少水量の時には、ポンプの締切運転による加熱を防止
し、かつ無駄な運転時間の削減（省エネルギー）を図る
ため、前述の少水量停止動作を行なう。すなわち、少水
量検出手段３が少水量を検出して検知信号を発生し、あ
る少水量検知時間保持してから、圧力タンク５に一定時
間ある加圧圧力値または加圧周波数値で蓄圧して、その
後給水ポンプ１を停止する。そして圧力タンク５から負
荷２０に少水量を供給し、圧力タンク５の圧力が一定の
ポンプ始動圧力設定値以下になったときには、再び給水
ポンプを始動する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、係る従
来の少水量停止動作に係わるすべてのパラメータは、想
定する負荷パターンから選定される一定値であった。即
ち、圧力タンクに蓄圧する時の加圧圧力値または加圧周
波数値は一定値であり、少水量検出手段が少水量検知信
号を発生してから少水量状態が継続することを確認する
ための少水量検知時間も一定値であった。ところが、給
水装置の負荷は時々刻々変化するものであり、少水量時
の負荷パターンも一様ではない。従って、従来の少水量
停止動作は、あらゆる条件の負荷変動に対して人為的に
運転パラメータの変更を行なうことができず、多様な負
荷変動に対して自動的に対応することができなかった。

【０００６】少水量停止動作の目的は、ポンプ締切運転
によるモータの加熱防止、無駄な運転時間の削減である
が、逆にこの少水量停止動作が多すぎると（ポンプの始
動停止の頻度を増やすと）、少水量停止前の蓄圧による
急激な圧力上昇を頻繁に必要とし給水装置としての機械
的寿命に問題を及ぼし、負荷側の圧力変動等の問題が生
じる。また、少水量停止前の蓄圧による圧力上昇値を低
く抑えれば、負荷側の急激な圧力上昇がなくなり給水装
置としての使い勝手がよくなるが、蓄圧が低いため再始
動までのポンプの停止時間があまり稼げず、始動停止の
頻度が増えることになる。

【０００７】本発明は、係る従来技術の問題点に鑑み、
ポンプの締切運転による加熱防止、無駄運転時間の削減
という本来の少水量停止機能の目的を満たしながら、ポ
ンプの始動停止頻度の低減、少水量停止前の蓄圧による
急激な圧力上昇の低減という相反する目的をそれぞれあ
る程度バランス良く達成し、吐出側の圧力変動を少なく
することにより、使い勝手がよく、ポンプの機械的寿命
を伸ばし、かつ無駄運転時間をなるべく削減した省エネ
ルギー型の可変速給水装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ポンプ制御手段は、前記
少水量検出手段が少水量検知信号を発生して、ある少水
量検知時間保持してから前記圧力タンクに一定時間、あ
る加圧圧力値または加圧周波数値で蓄圧した後、前記給
水ポンプを停止する少水量停止機能と、ポンプ始動圧力
設定値を有し、前記給水ポンプ停止中に前記吐出圧力検
出手段により圧力信号が前記ポンプ始動圧力設定値以下
になった時に、前記給水ポンプを始動する機能とを有す
る可変速給水装置において、負荷あるいは直近の運転状
況のデータに応じて、前記加圧周波数値、前記少水量検
知時間を含む運転パラメータを自動設定する手段を備え
たことを特徴とする。

【０００９】更に、前記運転パラメータを自動設定する
手段は、ファジィ推論機能によるものであることを特徴
とする。

【００１０】

【作用】負荷あるいは直近の運動状況のデータに応じ
て、蓄圧する際の加圧圧力値または加圧周波数値、また
少水量状態の継続を確認するための少水量検知時間をフ
ァジィ推論機能により自動的に調整することにより、千
差万別の負荷状況の変動に対応した最適な運転パラメー
タに調整することが可能となる。従って、無駄運転時間
を低減し省エネルギーに寄与することができると共に、
急激なポンプの吐出側圧力の上昇を避け、給水系統の機
械的寿命を伸ばし、かつ負荷側の圧力変動の少ない快適
な給水装置が提供される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
ながら説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施例の可変速給水装
置の全体構成を示すブロック図である。図１から明らか
なように、給水ポンプ１と、給水ポンプ１の回転数を変
化する可変速手段２と、給水ポンプの吐出側に設けた少
水量検出手段３と逆止弁４と、逆止弁の下流側に設けた
圧力タンク５及び圧力検出手段６とからなる構成は、従
来の技術の項で述べた可変速給水装置と同様である。ま
た、ポンプ制御手段７は、少水量検出手段３が少水量検
知信号Ｓ₂ を発生して、ある少水量検知時間保持してか
ら、圧力タンク５に蓄圧し、その後給水ポンプ１を停止
する少水量停止機能を有し、またポンプ始動圧力設定値
を有し、給水ポンプ１の停止中に圧力検出手段６により
圧力信号Ｓ₁ がポンプ始動圧力設定値以下になったとき
に給水ポンプ１を始動する始動機能等を有することも前
述の従来技術と同様である。

【００１３】本実施例の給水装置においては、ポンプ制
御手段７に少水量状態の継続を確認する少水量検知時
間、及び圧力タンクに蓄圧する際の加圧圧力値または加
圧周波数値等の運転パラメータを運転状況に応じて、最
適値を自動的に設定する運転パラメータ自動設定手段１
５を備える。ここで運転状況とは例えば、前回の給水ポ
ンプ運転時間、前回の停止時間、前日の少水量検知信号
発生回数、前回の加圧圧力値または加圧周波数値等であ
る。これらの運転パラメータを自動設定する手段１５
は、ファジィ推論機能によるものであり、ファジィ推論
部と規則を具備し、運転状況の各種情報を取り込んでフ
ァジィ理論の規則に従った推論をした結果を抽出し、そ
の値を運転パラメータとして新たに設定する。

【００１４】ファジィ推論を用いた運転パラメータの自
動設定手段を以下に詳細に説明する。図２は、運転パラ
メータの自動設定手段１５のハード的な構成を示す説明
図である。ポンプ制御手段７には、圧力検出手段による
ポンプ吐出側（圧力タンク）の圧力信号Ｓ₁ 及び流量が
少水量であるか否かを検出する少水量検出手段の信号Ｓ
₂ が入力される。そして、ポンプ制御手段７から吐出圧
力、加圧周波数値等のアナログ情報（Ａ／Ｉ）、ポンプ
ON-OFF状態、様子見運転状態、フロースイッチ開閉状態
等の「１」又は「０」のデジタル情報（Ｄ／Ｉ）が運転
パラメータとしてＣＰＵ１６に入力され、運転状態の計
測監視が行なわれる。これらの運転パラメータはファジ
ィ推論部１７に入力され、あらかじめ定められた規則１
または規則２に従ってそれぞれ推論１または推論２の演
算が行なわれ、推論１によって加圧周波数の修正量が前
回の加圧周波数値に対して加えられ、新たな加圧周波数
値が設定される。また規則２に従った、推論２により少
水量状態の継続を確認する様子見運転時間、フロースイ
ッチ検知時間等の少水量検知時間が設定される。これら
の設定された運転パラメータは設定値送信１８によりポ
ンプ制御手段７に送られる。

【００１５】図３は、加圧周波数値の修正量の規則１で
ある。運転状況として入力するものは前回の蓄圧時の加
圧周波数値と前回の少水量停止時間である。前回加圧周
波数値と前回停止時間から、今回の加圧周波数修正量を
推論させるために、まずこれらの制御内容を文書で記述
して、図示の規則１を作成する。

【００１６】規則１は縦軸は前回停止時間であり、横軸
は前回加圧周波数であり、縦軸と横軸が交差する部分は
加圧周波数修正量で規則の結論部である。例えば、図３
の１行目と２列目を組み合わせると、 ｉｆ 前回停止時間が短い（ＮＬ） ａｎｄ 前回加圧周波数が中位（ＺＲ） ｔｈｅｎ 加圧周波数修正量は少し上げる（ＰＳ） というルールになる。このようなルールマトリックスは
あらゆる負荷状況に対し、望ましい運転状態にするため
の設定値を経験知識により作成される。

【００１７】さらに上記規則の状態量や操作量を表現し
ている「大きい」「小さい」と言った修飾語を定量化す
るために、メンバーシップ関数というグラフ化を行な
う。図４は、（Ａ）は前回加圧周波数、（Ｂ）は前回停
止時間、（Ｃ）は加圧周波数修正量を示すメンバーシッ
プ関数である。ファジィ推論部１７において、推論１
は、規則１のメンバーシップ関数から演算を行い、定量
的な演算結果を求め、結論として加圧周波数値の修正量
を出力する。

【００１８】図５は、様子見運転時間制御の規則２を示
す。様子見運転時間とは、少水量検知時間の後段部をな
すものであり、フロースイッチ検知信号に引続く少水量
状態の継続を確認するための時間である。尚、少水量検
知時間の前段をなすフロースイッチ検知時間は固定とし
ている。前回停止時間と直前運転時間と前日の少水量停
止回数から、様子見運転時間の推論を行ない以下の運転
知識に基づき規則を作成する。前回停止時間が短い場合
は、始動頻度が増えるおそれがあるので様子見運転時間
を長くして、ポンプが停止するまでのインターバルを長
めにする。逆に前回停止時間が長い場合は、様子見運転
時間を短めにする。直前運転時間が長い場合は、始動頻
度が増えるおそれはあまりないので、様子見運転時間を
短めにして、無駄な運転時間を減らす。逆に直前運転時
間が短い場合は、様子見運転時間を長めにして始動頻度
の増大を防止する。前日少水量停止回数が少ない場合
は、負荷変動が少ないと推測できるので、様子見時間を
短くし少水量状態の確認時間を短くして、無駄な運転時
間を減らす。逆に前日少水量停止回数が多い場合は様子
見運転時間を長くして、始動頻度を減らす。

【００１９】図６は、様子見運転時間制御の規則２をメ
ンバーシップ関数としたものである。推論２は、前述の
推論１と同様な演算処理を行い、最適な様子見運転時間
を結論として求め、設定値送信１８によりポンプ制御手
段７に送信する。この様子見運転時間制御を規則２とし
て推論２を行った可変速給水装置の実施例が実施例１で
ある。

【００２０】図７は、様子見運転時間制御に代えてフロ
ースイッチ検知時間制御の規則２を示す。フロースイッ
チ検知時間とは、少水量検知時間の前段部をなすもので
ありフロースイッチが一定時間閉じている場合、即ち、
一定時間少水量状態の継続が確認された場合に検知信号
を発生し様子見運転に入る時間である。尚、少水量検知
時間の後段をなす様子見運転時間は固定としている。前
回停止時間と直前運転時間とフロースイッチ開閉回数か
ら、フロースイッチ検知時間の推論を行ない以下の運転
知識に基づき規則２を作成する。前回停止時間が短い場
合は、始動頻度が増えるおそれがあるのでフロースイッ
チ検知時間を長くして、停止するまでのインターバルを
長めにする。逆に前回停止時間が長い場合は、フロース
イッチ検知時間を短めにする。直前運転時間が長い場合
は、始動頻度が増えるおそれがあまりないので、フロー
スイッチ検知時間を短めにして無駄な運転時間を減ら
す。逆に直前運転時間が短い場合は、フロースイッチ検
知時間を長めにする。フロースイッチ開閉回数が少ない
場合は、負荷の水量変動を少ないと推測できるので、フ
ロースイッチ検知時間を短くして、無駄な運転時間を減
らす。逆にフロースイッチ開閉回数が多い場合には、フ
ロースイッチ検知時間を長くして始動頻度を減らす。

【００２１】図８は、この規則をメンバーシップ関数と
したものである。この規則２から、最適なフロースイッ
チ検知時間を求める推論２の演算プロセスは前述と同様
である。図７、図８に示すフロースイッチ検知時間制御
を規則２としてフロースイッチ検知時間の推論２を行っ
たものが実施例２である。

【００２２】図９は、実施例１の少水量検知時間のうち
の様子見運転時間と加圧周波数値の修正量とをファジィ
推論部１７で求めた給水ポンプの動作を示すタイムチャ
ートである。図１０は、実施例２の少水量検知時間のう
ちのフロースイッチ検知時間と加圧周波数値の修正量と
をファジィ推論部１７で求めた給水ポンプの動作を示す
タイムチャートである。

【００２３】加圧周波数と様子見運転時間とをファジィ
推論で求めた運転パラメータの自動設定手段による実施
例１の結果より、ファジイ推論機能を用いることによっ
て、少水量停止回数（始動頻度）を減らして、加圧周波
数も比較的低く抑えて、運転時間についてもあまり増や
すことなく各パラメータを調整して制御できることが確
認された。同様に、加圧周波数値とフロースイッチ検知
時間とをファジイ推論で求めた運転パラメータの自動設
定手段による実施例２の結果からも、総合的に、加圧周
波数を下げて、始動頻度を少なくして、運転時間を低減
（またはあまり増やすことなく）できる効果があること
が確認された。

【００２４】なお、本実施例においては少水量検知時間
と加圧周波数のパラメータの設定を規則に基づくファジ
イ推論を推論部により行なっているが、他のファジィコ
ントローラにより、あらかじめ推論を行ない推論結果を
データテーブル化して少水量検知時間の設定と加圧周波
数値の設定を行ない、入力値に対応した値を参照しなが
ら決定してもよい。また、運転状況を入力するデータと
しては、少水量停止回数、少水量停止する前の圧力変動
状態等を用いてもよい。また出力として少水量停止する
前の圧力変動状態検知時間、加圧時間等であってもよ
い。本発明では運転パラメータの目標設定手段として、
ファジィ推論に限定されるものではないが、ファジィ推
論を用いればあらゆる負荷状況に対し望ましい運転状態
にする制御が行なえ、経験知識を制御内容に反映するこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、あらゆる負荷変動に対
して、望ましい運転状態となるように、可変速給水装置
の少水量停止動作に係わる運転パラメータの自動設定が
行える。すなわち、ポンプ締切運転による加熱防止、運
転時間の低減などの少水量停止動作の目的を満足しなが
ら、運転停止（始動）頻度の低減、少水量停止前の蓄圧
による圧力上昇の低減等の互いに相反する効果を、千差
万別の運転状態においてもバランスよく達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の可変速給水装置の全体構成
を示す説明図。

【図２】運転パラメータの自動設定手段のハード的な構
成を示す説明図。

【図３】加圧周波数修正量の規則１の説明図。

【図４】加圧周波数制御の規則のメンバーシップ関数の
説明図。

【図５】様子見運転時間制御の規則の説明図。

【図６】様子見運転時間制御の規則のメンバーシップ関
数の説明図。

【図７】フロースイッチ検知時間制御の規則の説明図。

【図８】フロースイッチ検知時間制御の規則のメンバー
シップ関数の説明図。

【図９】加圧周波数と様子見運転時間をファジィ推論で
求めたポンプの回転数制御（実施例１）のタイムチャー
ト。

【図１０】加圧周波数とフロースイッチ検知時間をファ
ジイ推論で求めたポンプの回転数制御（実施例２）のタ
イムチャート。

【図１１】従来の可変速給水装置の全体構成を示す説明
図。

【符号の説明】

１ 給水ポンプ ２ 可変速手段 ３ 少水量検出手段 ４ 逆止弁 ５ 圧力タンク ６ 圧力検出手段 ７ ポンプ制御手段 １０ 流路 １５ 運転パラメータの自動設定手段 １６ ＣＰＵ １７ ファジィ推論部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−202515（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−9096（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E03B 5/00 - 5/02 E03B 5/06 E03B 11/00 E03B 11/16 E03B 11/10 - 11/12 E03B 7/00 E03B 7/04 E03B 1/00 F04B 49/06 321

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給水ポンプと、該給水ポンプの少水量検
   出手段及び逆止弁と、該逆止弁の下流側に設けた圧力タ
   ンク及び圧力検出手段と、ポンプ制御手段とを具備し、
   該ポンプ制御手段は、前記少水量検出手段が少水量検知
   信号を発生して、ある少水量検知時間保持してから前記
   圧力タンクに一定時間、ある加圧圧力値または加圧周波
   数値で蓄圧した後、前記給水ポンプを停止する機能と、
   ポンプ始動圧力設定値を有し、前記給水ポンプ停止中に
   前記圧力検出手段により圧力信号が前記ポンプ始動圧力
   設定値以下になった時に、前記給水ポンプを始動する機
   能とを有する可変速給水装置において、 負荷あるいは直近の運転状況のデータに応じて、前記加
   圧周波数値、前記少水量検知時間を含む運転パラメータ
   を自動設定する手段を備えたことを特徴とする可変速給
   水装置。
2. 【請求項２】 前記運転パラメータを自動設定する手段
   は、ファジィ推論機能によるものであることを特徴とす
   る請求項１記載の可変速給水装置。